49《专用集成电路设计实验指导书》

《专用集成电路设计》实验指导书XXXXXX系2007.5《专用集成电路设计》实验指导书前言集成电路设计技术近年来发展非常迅速。半导体技术的不断发展，使我们正在进入将整个系统整合在单一晶片的时代，许多设计公司已经开发了各种IP或者更进一步的SOC产品。而设计人员的培养，需要在高校扎下根基。目前，各个高等院校基本都已经开设了专用集成电路设计课程特别是清华、北大、复旦等首批国家集成电路人才培养基地的建设单位，更是重视专用集成电路设计课程的教学。我国拥有广阔的集成电路市场，在市场的驱动下，我国集成电路设计业、制造业、封装业都得到了不同程度的发展。在整个产业结构中，封装业占到了75%以上，这种结构现在正在发生明显的调整与变化，制造业和设计业正在不断加大，也就是说我国集成电路自主知识产权技术正在不断增长，但这个增长远远跟不上需求，原因之一就是人才的缺乏。有关人士强调：“通过国家集成电路人才培养基地的建设，经过几年的努力，到2010培养出4万名集成电路设计人才和1万名集成电路工艺人才，那么我国集成电路产业一定会出现一个全新的面貌，一定会以新的、有竞争力的姿态，展现在国际集成电路产业大的氛围中。”集成电路产业是以市场、设计、制造、应用为主要环节的系统工程。设计是连接市场和制造之间的桥梁，是集成电路产品开发的入口。成功的产品来源于成功的设计，成功的设计取决于优秀的设计工具。目前比较流行的EDA工具有Candence、Synopsys、Avanti、Tanner等。其中，Candence公司的Candence系列工具，是目前在很多方面领先的大型EDA工具，在Candence下可以进行ASIC设计、PCB设计以及FPGA设计。它在仿真、电路图设计、自动布局布线、版图设计以及验证等方面有着很大的优势，与Synopsys相比，Candence的综合工具略有逊色，可以说Candence和Synopsys的结合成为电子设计领域的黄金搭档。而由美国TannerResearch.Inc.研发的TannerPro系列工具，其目标主要是迎合复杂的ASIC设计需要。它不仅能在Unix系统的工作站平台上运行，而且能在PC、Mac上运行，大大减少了设备上的需求，不需要太多的资金投入。在这点上可以说TannerPro拥有者独特的优势。所以，在美国许多大学中多使用这一工具，在台湾的大学中，TannerPro的使用也相当普遍。在《专用集成电路设计》实验中将采用TannerPro工具来进行电路和版图设计。TannerPro软件非常适合初学者学习，它从电路设计、电路分析模拟到版图布局布线一应俱全。ASIC设计技术日新月异，有待同学们不断学习与钻研。由于时间仓促，加之编者水平有限，对于书中的错误之处，恳请大家批评指正。编者2007年5月于XXX《专用集成电路设计》实验指导书目录实验1IC设计工具的使用‥………………………………………………………………11.1实验目的及要求………………………………………………………………………11.2相关知识………………………………………………………………………………11.3实验内容………………………………………………………………………………21.4随堂练习………………………………………………………………………………71.5说明……………………………………………………………………………………71.6实验报告及要求………………………………………………………………………8实验2使用S-Edit设计单元电路…………………………………………………………‥92.1实验目的及要求………………………………………………………………………92.2相关知识………………………………………………………………………………92.3实验内容………………………………………………………………………………122.4随堂练习………………………………………………………………………………152.5说明‥…………………………………………………………………………………152.6实验报告及要求………………………………………………………………………16实验3使用T-Spice进行单元电路的瞬时分析………………………………………………173.1实验目的及要求………………………………………………………………………173.2相关知识………………………………………………………………………………173.3实验内容………………………………………………………………………………173.4随堂练习………………………………………………………………………………203.5说明……………………………………………………………………………………213.6实验报告及要求………………………………………………………………………21实验4使用L-Edit编辑单元电路布局图‥…………………………………………………224.1实验目的及要求………………………………………………………………………224.2相关知识………………………………………………………………………………224.3实验内容………………………………………………………………………………224.4随堂练习………………………………………………………………………………284.5说明……………………………………………………………………………………284.6实验报告及要求………………………………………………………………………29实验5用TannerPro进行ASIC设计…………………………………………………………305.1实验目的及要求………………………………………………………………………305.2相关知识………………………………………………………………………………305.3实验内容………………………………………………………………………………305.4随堂练习………………………………………………………………………………375.5说明……………………………………………………………………………………375.6实验报告及要求………………………………………………………………………37参考文献…………………………………………………………………………………………38ASIC实验指导书1实验1IC设计工具的使用1.1实验目的及要求1．熟悉TannerPro软件中及使用TannerPro进行IC设计的流程。2．学会使用S-Edit设计基本组件符号1.2相关知识1.2.1软件简介TannerPro是一套集成电路设计软件，包括S-Edit,T-Spice,W-Edit,L-Edit与LVS，各个软件的主要功能整理如下表1.1所示。表1.1TannerPro各软件的主要功能软件功能S-Edit编辑电路图T-Spice电路分析与模拟W-Edit显示T-Spice模拟结果L-Edit编辑布局图、自动配置绕线、设计规则检查、截面观察、电路转换LVS电路图与布局图对比TannerPro的设计流程可以用图1.2.1来表示。将要设计的电路先以S-Edit编辑出电路图，在将该电路图输出成SPICE文件。接着利用T-Spice将电路图模拟并输出成SPICE文件，如果模拟结果有错误，再回S-Edit检查电路图，如果T-Spice模拟结果无误，则以L-Edit进行布局图设计。用L-Edit进行布局图设计后要以DRC功能做设计规则检查，若违反设计规则，再将布局图进行修改直到设计规则检查无误为止。将验证过的布局图转化成SPICE文件，再利用T-Spice模拟，若有错误，再回到L-Edit修改布局图。最后利用LVS将电路图输出的SPICE文件与布局图转化的SPICE文件进行对比，若对比结果不相等，则回去修正L-Edit或S-Edit的图。直到验证无误后，将L-Edit设计好的布局图输出成GDSII文件类型，再交由工厂去制作半导体过程中需要的光罩。图1.2.1TannerASIC的设计流程《专用集成电路设计》实验指导书2在个人计算机中安装TannerPro时，需注意系统的需求，如表1.2所示。表1.2.2安装TannerToolsPro系统的需求个人计算机规格CPUPentium100MHZ以上内存64MB以上硬盘空间150MB以上操作系统Windows95/98/NT显卡256色显示器彩色鼠标最好是三键1.2.2使用S-Edit设计基本组件符号本实验指导书主要是以CMOS电路来学习TannerPro软件的使用。CMOS电路的基本组件为NMOS，PMOS等。在S-Edit中可建立如PMOS、NMOS、电阻、电容等组件符号，并可设置组件的各种性质，如NMOS组件的信道宽度、信道长度等。本实验中将以详细的步骤引导读者建立NMOS组件及Vdd组件，并学习S-Edit的基本功能。1.3实验内容1.3.1使用S-Edit建立NMOS符号（1）打开S-Edit程序：执行在\Tanner\S-Edit目录下的sedit.exe文件，或者选择“开始”－“程序”－TannerEDA－S-Edit命令，即可打开S-Edit程序，S-Edit会自动将工作文件命名为“File0.sdb”并显示在窗口的标题栏上，如图1.3.1所示。图1.3.1S-Edit标题栏（2）另存新文件：在S-Edit程序中新打开的文件一律以Filexx的名称命名，但用户可将其更名为其他有意义和便于记忆的文件名，以利于日后的应用。选择File－SaveAs命令，在保存在列表中选取存储目录，在“文件名”文本框中输入新文件的名称，如Ex1，如图1.3.2所示。图1.3.2另存新文件《专用集成电路设计》实验指导书3（3）环境设置：S-Edit默认的工作环境是黑底白线，但这可依用户的爱好而自定义颜色，例如，可将背景颜色换成白色，而将电路线条颜色换成黑色。选择Setup－Colors命令，打开Color对话框，可分别设置背景色（BackgroundColor），前景色（Foreground）、选取的颜色（Selection）、格点的颜色（GridColor）与原点的颜色（OriginColor）。用鼠标选定颜色部分，即可更换颜色，如图1.3.3所示。（4）编辑模块：S-Edit编辑方式是以模块（Module）为单位而不是以文件（File）为单位，每一个文件可以有多个模块，而每一个模块即可表示一种基本组件或一种电路，故一个文件内可能包含多种组件或多个电路。每次打开新文件时便自动打开一个模块并将其命名为“Module0”，如图1.3.4所示。图1.3.3设置颜色图1.3.4编辑模块Module0（5）切换模式：S-Edit的文件中的模块具有两种模式，一个为电路设计模式（SchematicMode），一个为符号模式（SymbolMode）。在此步骤之前都是电路设计模式，若要设计基本组件符号则必须在符号模式中进行，其切换方式为选择View－SymbolMode命令，如图1.3.5所示，即切换至符号模式。（6）绘制NMOS符号：S-Edit提供AnnotationTools（绘图与文字）工具栏，如图1.3.6所示，可以在其中绘制符号或编写文字，本范例使用画线工具画出NMOS符号。单击鼠标左键是画起点，单击右键为画线的终点。绘制的NMOS符号如图1.3.7所示。图1.3.5切换至符号模式图1.3.6绘图与文字工具栏（7）加入组件接脚：在符号模式下，S-Edit提供了SchematicTools工具栏，如图1.3.8所示，可用来设置组件接脚。本范例使用OtherPort工具作为NMOS组件符号的接脚即可。方法为先选择工具按钮，再到工作区中用鼠标左键选择要连接的端点，例如，点NMOS左边的端点，打开EditSelectedPort对话框，如图1.3.9所示，在Name文本框中输入“G”，单击OK按钮。图1.3.8SchematicTools工具栏图1.3.7绘制NMOS符号《专用集成电路设计》实验指导书4图1.3.9编辑接脚（8）编辑连接端口：利用SchematicTools工具栏的选取